三相異步電機的起動及起動設(shè)備的計算

1、三相異步電機的起動及起動設(shè)備的計算三相異步電機的起動 當異步電動機直接投入電網(wǎng)起動時，在t=0時刻，n=0，s=1。異步電動機對電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗Zk，流過它的穩(wěn)態(tài)電流稱為起動電流。利用簡化等效電路，并忽略勵磁支路，則異步電動機的起動電流(相電流)為 這就是說，一般籠型異步電動機直接起動時，起動電流很大(k1=4-7)而起動轉(zhuǎn)矩并不大(kst=0.9-1.3 )。起動電流很大，但起動轉(zhuǎn)矩并不大. 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于0，模擬電阻 轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù) 雖然起動電流很大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。起動電流大還會造成如下影響： 一方面使電源電壓在起動時下降，特別是電源容量較小時電壓下降更大； 一方面大的起動電流會

2、在線路和電機內(nèi)部產(chǎn)生損耗而引起發(fā)熱。 起動轉(zhuǎn)矩必須大于負載轉(zhuǎn)矩才可能起動，起動轉(zhuǎn)矩越大，加速越快，起動時間越短。 異步電動機在起動時，電網(wǎng)對異步電動機的要求與負載對它的要求往往是矛盾的。電網(wǎng)從減少它所承受的沖擊電流出發(fā)，要求異步電動機起動電流盡可能小，但太小的起動電流所產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩又不足以起動負載；而負載要求起動轉(zhuǎn)矩盡可能大，以縮短起動時間，但大的起動轉(zhuǎn)矩伴隨著大的起動電流又可能不為電網(wǎng)所接受。 下面討論適合于不同電機容量、負載性質(zhì)而采用的起動方法。 一、直接起動 直接起動適用于小容量電動機帶輕載的情況，起動時，將定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。在此工況下電磁轉(zhuǎn)矩、起動電流很容易同時得到滿

3、足。什么工況才算“小容量輕載”?這不僅與電動機本身容量、負載有關(guān)，還與電網(wǎng)容量、供電線路長短有關(guān)。一般規(guī)定供電母線電壓降占額定電壓的百分數(shù)。 對于經(jīng)常起動的電動機，起動時引起的母線電壓降不大于10%，對于偶爾起動的電動機，此壓降不大于15%。確定這一壓降的依據(jù)如下。 (1) 假設(shè)電網(wǎng)電壓降至額定電壓的0.85，待起動的電動機的起動轉(zhuǎn)矩 因此這些電動機仍然能拖動額定負載，不致于停轉(zhuǎn)。對于額定電壓為380V的電機而言，當 時 ，可以直接起動。 二、降壓起動 降壓起動適用于容量大于或等于20kW并帶輕載的工況。由于輕載，故電動機起動時電磁轉(zhuǎn)矩很容易滿足負載要求。主要問題是起動電流大，電網(wǎng)難以承受過大

4、的沖擊電流，因此必須降低起動電流。 在電機起動時，可以用短路阻抗Rk + jXK來等效異步電動機。電機的起動電流(即流過Rk + jXK上的電流)與端電壓成正比，而起動轉(zhuǎn)矩與電機端電壓的平方成正比，這就是說起動轉(zhuǎn)矩比起動電流降得更快。降壓之后在起動電流滿足要求的情況下，還要校核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。 常用的降壓起動方法有三種：定子串電抗(或電阻)降壓起動；Y起動器起動；自耦變壓器起動。 1. 定子串電抗降壓起動 在定子繞組中串聯(lián)電抗或電阻都能降低起動電流，但串電阻起動能耗較大，只用于小容量電機中。一般都采用定子串電抗降壓起動。是定子串電抗X 降壓起動的等效電路，圖(b)是該電機直接全壓起動的等

5、效電路。 令圖 (a)、(b)中電機端電壓之比為 于是在此兩種情況下，電網(wǎng)提供的線電流之比 ，即相應(yīng)的電動機相電流之比等于電機端電壓之比，即 降壓起動時起動轉(zhuǎn)矩 與全壓直接起動時起動轉(zhuǎn)矩 之比為 上三式說明，在采用電抗降壓起動時，若電機端電壓降為電網(wǎng)電壓的1/a，則起動電流降為直接起動的1/a，起動轉(zhuǎn)矩降為直接起動的(1/a)2，比起動電流降得更厲害。因此在選擇a值使起動電流滿足要求時，還必須校核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。 在已知a值情況下，可按下述方法求得 。阻抗遠大于電阻是，有下式成立，即 串入的電抗為 2. 用Y-起動器起動只有正常運行時定子繞組三角形接法且三相繞組首尾六個端子全部引出來的電

6、動機才能采用Y-起動器起動。該起動器線路圖如圖所示。異步電動機Y起動接線圖 在開始起動時，開關(guān)K2投向“起動”位置，定子繞組接成Y形，然后合上開關(guān)K1，電動機在低壓下起動，轉(zhuǎn)速上升。當轉(zhuǎn)速接近正常運行轉(zhuǎn)速時，將開關(guān)K2投向“運行”位置，電機繞組接成形，在全壓下運行。由于切換時轉(zhuǎn)速已接近正常運行轉(zhuǎn)速，沖擊電流就不大了。 圖(a)是采用Y-起動器在接成Y接時的等效電路； 圖(b) 是電動機接全壓直接起動時的等效電路。 Y-換接起動等效電路 (a) 定子Y接起動 (b) 定子接直接起動 電網(wǎng)提供的線電流反映了電網(wǎng)受到?jīng)_擊的大小，用Y起動器起動時，電網(wǎng)提供的線電流與電機相電流相等；而采用接直接起動時，

7、電網(wǎng)提供的線電流等于電機相電流的3倍。 由上面三式可以看出，采用Y起動器起動時，起動電流降為直接起動的1/3，起動轉(zhuǎn)矩亦降為直接起動時的1/3。與串電抗相比，這種起動方法性能好些。 Y起動器價格便宜，操作簡單，所以小型異步電動機常采用這種起動方法。為了便 于采用Y起動，國產(chǎn)Y系列4kW以上電動機定子繞組都采用三角形接法。 3. 用自耦變壓器起動 用自耦變壓器降壓起動原理圖 圖中AT代表三相Y接的自耦變壓器，又稱為起動補償器。起動時先將開關(guān)K投向“起動”位置，則AT三相繞組接入電源，其二次側(cè)抽頭接電動機，使電動機降壓起動。當轉(zhuǎn)速接近正常運行轉(zhuǎn)速時，將開關(guān)K投向“運行”位置，則電機接入全電壓(此時

8、自耦變壓器AT已脫離電源)，繼續(xù)起動，但此時電流沖擊已經(jīng)較小。再過一小段時間，電機進入正常運行狀態(tài)。 采用自耦變壓器降壓起動時，等效電路如圖 (a)，而異步電動機在全壓下直接起動時等效電路如圖 (b)。兩圖虛框中短路阻抗Rk+jXk代表起動時的異步電動機。異步電機的起動等效電路 (a) 自耦變壓器降壓起動 (b) 直接起動 對比圖 (a)、(b)兩圖得到如下關(guān)系: 在自耦變壓器中，忽略勵磁電流時，一二次側(cè)容量相等 故由上述分析可知，采用自耦變壓器起動時，電動機的起動轉(zhuǎn)矩、起動電流為全壓直接起動的 。國產(chǎn)的自耦補償器一般有三個抽頭可供選擇，分接電壓分別是額定電壓的55%、64%、75% ，其a值分別為1.82、1.56